WO2000058626A1

WO2000058626A1 - Procede d'entrainement pour dispositif de pulverisation de gouttelettes

Info

Publication number: WO2000058626A1
Application number: PCT/JP2000/002018
Authority: WO
Inventors: Takao Ohnishi; Iwao Ohwada; Toshikazu Hirota
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2000-10-05
Also published as: US6508411B1; EP1085209A1; WO2000060238A1

Description

明細書液滴噴霧装置駆動方法技術分野

本発明は、液滴を吐出することにより、上記液滴を処理する各種機械に使用される液滴噴霧装置の駆動方法に関する。特に、安定した液体吐出が求められる各種液体原料の乾燥処理の際の吐出装置として有用であり、薬品合成や粉末製造などの、反応用原料溶液の供給を目的とする産生物を含む溶液を乾燥させる際の液体吐出装置などの各種液体用の吐出装置として好適である。背景技術

従来の液滴噴霧装置駆動方法は、液体を吐出させるための加圧手段と、吐出する液体を加圧させるための加圧室と、加圧室に連結された液体吐出用ノズルと、加圧室に液体を供給する導入孔とを備えた微少液滴吐出ュニットを複数個備え、隣接する複数の液滴吐出ュニットの液体導入孔が共通の液体供給路に連結され、該液体加圧室の壁部の一部に圧電ノ電歪素子を備えた液滴噴霧装置駆動装置にあつて、該圧電電歪素子に所定の電圧信号を印加（充電或いは放電）することにより、該液体加圧室の壁部を変形させ、もって該液体加圧室に生じさせられる圧力により、該液体加圧室に供給される液体を、前記ノズルから噴出し、該液体加圧室の変形をもとにもどすことで導入孔から液体を加圧室に供給する液滴噴霧装置駆動方法があった。

そして、液滴噴霧装置を取り付ける液滴処理装置の種類によっては液体を大量に供給する用途のものがあり、ノズル及び導入孔の口径を大きくすることで液体を大量に供給していた。しかし、ノズルの口径は大きくしすぎると吐出する液体が微少液滴とならなくなってしまう。また導入孔は、加圧室に液体が供給される単なる経路ではなく、ノズルから噴出される時に加圧されても逆流を防止させる機能を有するため、無制限に口径を広げることはできない。そのため、圧電電歪素子に所定の電圧信号を印加する時間間隔を短くして単位時間あたりの印加回数を増やし、液体の供給量を増加させたが、導入孔から加圧室への液体の供給が遅れるために、液体をより大量に安定して供給することができなかった。発明の開示

本発明による液滴噴霧装置駆動方法は、液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電 /電歪素子とを備えた微少液滴吐出ュニッ卜を複数個備え、隣接する複数の液滴吐出ュニッ卜の液体導入孔が共通の液体供給路に連結された液滴噴霧装置において、前記圧電電歪素子に所定の電圧信号を繰り返し印加することにより、前記加圧室の壁部を変形させ、もって加圧室に生じさせる圧力により該加圧室に供給される液体を前記ノズルから噴出する液滴噴霧装置駆動方法であって、前記導入孔径と前記ノズル孔径の比率（導入孔径ノズル孔径）が 0 . 6以上 1 . 6以下で、且つノズル孔径とノズル厚みの比率（ノズル孔径ノズル厚）が 0 . 2以上 4以下であり、前記印加する電圧信号が、充電開始電圧から電流を前記圧電 Z電歪素子に供給して充電した後、一定時間充電最終電圧を保持して、その後 2種類以上の放電時定数を持った放電を順次行い、且つ始めの第 1放電時定数が、次の第 2放電時定数よりも大きく、前記充電開始電圧を基準として、前記充電開始電圧と前記充電最終電圧の電圧差の 3 5 %以上 7 0 %以下の電圧で第 2の放電を開始することを特徴とするものである。

本発明は、低粘度の液体、具体的には 0 . 2 m P a · S ~ 3 O m P a · Sの粘度の液体、好ましくは 0 . 5 m P a ' S〜 l . 2 m P a · Sの粘度の液体に対して有効に吐出作用するもので、上記構成により、複数の液滴吐出ュニッ卜から同時に液滴を吐出する場合、吐出後の液体加圧室へ液体導入孔から液体を供給する時、最初は比較的ゆつくりと液体を吸引して全ての導入孔に液体を流し込ませた後、移動を始めた液体を、最初の吸引速度より早く吸引を行い、液体加圧室への液体供給をスムーズに且つ短時間で行わせるから、単位時間あたりの液体供給量を増加させるとともに、液体加圧室の液中に空泡を生じさせずに安定した液体の吐出が行える。

また、液滴を吐出した直後、一定時間充電最終電圧を保持することで加圧室内の急激な圧力変動を避け、液体吐出用ノズルにおける液面の振動によりノズルから加圧室内に気泡が入ることを回避してはいるが、放電開始電圧直後は液体吐出用ノズルにおける液体振動が残留している。そこで前記振動が残留している間は、放電時定数を大きくし、緩やかな圧力変動で液体を吸引し、その後前記振動が減衰してきたとき、第 2の放電時定数で速やかに放電すると、放電時の圧力変動による液体吐出用ノズルから加圧室内への気泡の巻き込みが防止でき、且つ第 2 での放電が速やかにされるために圧電 Z電歪素子に所定の電圧信号を印加する時間間隔を短くでき液体供給量を増加できる。更に、第 2の放電時定数で放電を開始する電圧を、充電開始電圧を基準として、充電開始電圧と充電最終電圧の電圧差の 3 5 %以上 7 0 %以下とすることが好ましい。

放電開始電圧が 3 5 %以下の時は、放電時定数が大きな放電即ち緩やかな吸引が吸引全体の工程のうち大半を占めることになり、吸引自体は確実に行われることになるが、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできないため、大量の吐出量確保ができない。また、単位時間あたりの吸引量を多くとるように第 1放電の時定数を第 2放電の時定数より大きい範囲で比較的吸引時間を小さくとると、吸引開始が不安定になり、吐出不良を招く。また、第 2 の放罨開始電圧が 7◦%以上の時は、放電時定数が大きな放電即ち緩やかな吸引の割合が小さすぎるため、液の吸引開始を速やかに行うことができず、吐出後の液体加圧室への液体導入孔からの液体の吸引量が減少し、液体吐出用ノズルからの気泡の巻き込みが発生して噴霧が不安定となる。

また、上記駆動波形で吐出するとき、ノズルと供給孔の比率（導入孔径 /ノズル孔径）は、大きくなると、吸引を考えると良い方向だが、吐出時の圧力が導入孔側に逃げる割合が大きく吐出力不足になる。また小さくなると、吐出量に対する供給 i不足を招いてしまうため、導入孔径とノズル孔径の比率（導入孔径 Zノズル孔径）が 0 . 6から 1 . 6が好ましい。さらに、ノズル径とノズルの厚みの比率（ノズル径 Zノズル厚み）が 0 . 2以上 4以下であることが好ましく、ノズル径とノズルの厚みの比率（ノズル径ノズル厚み）が 4以下であると、吐出孔壁面での流体との接触抵抗により吐出直後の液面の残留振動が速やかに収束でき、更には放電時の加圧室内圧力変動による加圧室内への気泡の侵入を防ぎ、噴霧安定性が向上でき、結果として短い周期で吐出でき、噴霧量を增加できる。

また、ノズル径とノズルの厚みの比率（ノズル径/ノズル厚み）が 0 . 2以上であると、吐出孔壁面での流体との接触抵抗が大きく吐出力不足による吐出不良の発生が防げる。更に、上記、導入孔とノズル孔の比率と、ノズル孔と厚みの比率と、第 2放電開始の電圧の 3つが同時に満たされたとき、気泡の侵入による噴霧不良を防ぎ、大量の噴霧を確保できる。また、上記構成において、圧電電歪素子が第 2の放電時定数で放電を開始した時から次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 ) を、液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電電歪素子とで構成される構造体中の流路パスに液体を供給した時の固有振動周期（T ) の 4分の 1以上 2 0倍以下とし、且つ第 1の放電時定数で放電する時間（T 3 ) と第 2の放電時定数で放電を開始した時から次の圧電 Z電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 ) の比率（T 3 Z T 4 ) を◦. 1以上 2 0以下とすると好ましい。圧電電歪素子が第 2の放電時定数で放電を開始したときから次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 ) が、固有振動周期（T ) の 4分の 1以下の時は、吐出後の液体加圧室への液体導入孔からの液体の吸引スピ一ドが速すぎるため、折角第 1の放電で吸引を不具合なく開始しても、第 2放電時の吸引で導入孔から液の供給が間に合わず、液体吐出用ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入して噴霧不良となる。また、上記 T 4力、 Tの 2 0倍以上の時は、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができない。

更に、第 1の放電時定数で放電する時間（T 3 ) と第 2の放電時定数で放電を開始したときから次の圧電電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間（

T 4 ) の比率が 0 . 1以下の時は、時定数の大きな第〗の放電の割合が少なく、吸引量全体に対する第 1放電時の液の吸引量の比率が減少し、第 2放電時の吸引時に吸引が追いつかなくなり、液体吐出用ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入して噴霧不良となることがある。また、上記比率が 2 0以上の時は、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができなくなる。また、圧電 Z電歪素子放電時に液滴を噴霧する形態にあっては、所定の電圧信号を印加した前記圧電/電歪素子に繰り返し異なる電圧信号を印加することにより、前記加圧室の壁部を変形させ、もって加圧室に生じさせられる圧力により該加圧室に供給される液体を前記ノズルから噴出する液滴噴霧装置駆動方法であつて、前記導入孔径と前記ノズル孔径の比率（導入孔径 Zノズル孔径）が 0 . 6以上 1 . 6以下で、且つノズル孔径とノズル厚みの比率（ノズル孔径ノズル厚）が 0 . 2以上 4以下であり、前記異なる印加電圧信号が、放電開始電圧が印加された前記圧 ¾ 電歪素子から電流を放電した後、一定時間放電最終電圧を保持し、その後 2種類以上の充電時定数を持った充電を順次行い、且つ、始めの第 1充電時定数が次の第 2充電時定数よりも大きく、且つ前記放電最終電圧を基準として、前記放電最終電圧と前記放電開始電圧の電圧差の 3 0 %以上 6 5 %以下の電圧で第 2の充電を開始することを特徴とするものである。上記構成により、複数の液滴吐出ュニッ卜から同時に液滴を吐出する場合、吐出後の液体加圧室へ液体導入孔から液体を供給する時、最初は比較的ゆつくりと液体を吸引して全ての導入孔に液体を流し込ませた後、移動を始めた液体を、最初の吸引速度より早く吸引を行い、液体加圧室への液体供給をスムーズに且つ短時間で行わせるから、単位時間あたりの液体供給量を增加させるとともに、液体加圧室の液中に空泡を生じさせずに安定した液体の吐出が行える。

また、液滴を吐出した直後、一定時間放電最終電圧を保持することで加圧室内の急激な圧力変動を避け、液体吐出用ノズルにおける液面の振動によりノズルから加圧室内に気泡が入ることを回避してはいるが、充電開始直後は液体吐出用ノズルにおける液面振動が残留している。そこで、前記振動が残留している間は、充電時定数を大きくし、緩やかな圧力変動で液体を吸引し、その後前記振動が減衰してきたとき、第 2充電時定数で速やかに充電すると充電時の圧力変動による液体吐出用ノズルから加圧室内への気泡の巻き込みが防止でき、且つ 2番目での充電が速やかにされるため、圧電電歪素子に所定の電圧信号を印加する時間間隔を短くでき、液体供給量を増加できる。さらに、第 2充電時定数で充電を開始する電圧を、放電最終電圧を基準として放電最終電圧と放電開始雹圧の電圧差の 3 0 %以上 6 5 %以下とすることが好ましい。

充電開始電圧が 6 5 %以上の時は、放電時定数が大きな放電即ち緩やかな吸引が吸引全体の工程のうちの大半をを占めることになり、吸引自体は確実に行われることになるが、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできないため、大量の吐出量確保ができない。また、単位時間あたりの吸引量を多くとるように第 1充電時定数を第 2充電時定数より大きい範囲で、比較的吸引時間を小さくとると、吸引開始が不安定になり、吐出不良を招く。また、 3 0 %以下の時は、充電時定数が大きな充電即ち緩やかな吸引の割合が小さすぎるため、液の吸引開始を速やかに行うことができず、吐出後の液体加圧室への液体導入孔からの液体の吸引量が減少し、液体吐出用ノズルからの気泡の巻き込みが発生して噴霧が不安定となる。

また、上記駆動波形で吐出するとき、ノズルと供給孔の比率（導入孔径ノノズル孔径）は、大きくなると吸引を考えると良い方向だが、吐出時の圧力が導入孔側に逃げる割合が大きく、吐出力不足になる。また、小さくなると、吐出量に対する供袷量不足を招いてしまうため、導入孔径とノズル孔径の比率（導入孔径ノノズル孔径）が 0 . 6から 1 . 6が好ましい。

更に，ノズル径とノズルの厚みの比率（ノズル径 Zノズル厚み）が 0 . 2以上 4以下であることが好ましく、ノズル径とノズルの厚みの比（ノズル径 Zノズル厚み）が 4以下であると、吐出孔壁面での流体との接触抵抗により吐出直後の液面の残留振動が速やかに収束でき、更には充電時の加圧室内圧力変動による加圧室内への気泡の侵入を防ぎ噴霧安定性が向上でき、結果として短い周期で吐出でき、噴霧量を増加できる。また、ノズル径とノズルの厚みの比率（ノズル径ノノズル厚み）が 0 . 2以上であると、吐出孔壁面での流体との接触抵抗が大きく吐出力不足による吐出不良の発生が防げる。

更に、上記、導入孔とノズル孔の比率と、ノズル孔と厚みの比率と、第 2の充電開始電圧の 3つが同時に満たされたとき、気泡の侵入による噴霧不良を防ぎ、大量の噴霧を確保できる。また、上記構成において、圧電電歪素子が第 2充電時定数で充電を開始した時から次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 0 ) が、液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電ノ電歪素子とで構成される構造体中の流路パスに液体を供給した時の固有振動周期（T ) の TZ 4以上 2 0 T以下で、且つ第 1充電時定数で充電する時間（T 3 0 ) と第 2充電時定数で充電を開始した時から次の圧電 Z電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間 (T 4 0 ) の比率（T 3 0 ZT 4 0 ) を 0 . 1から 2 0とすると好ましい。

圧電 Z電歪素子が第 2充電時定数で充電を開始したときから次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 0 ) が、固有振動周期（丁）の 4分の 1以下の時は、吐出後の液体加圧室への液体導入孔からの液体の吸引スピードが速すぎるために、折角第 1の充電で吸引を不具合なく開始しても、第 2の充電時の吸引で導入孔からの液の供給が間に合わず、液体吐出用ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入して噴霧不良となる。また、上記 T 4 0が Tの 2 0倍以上の時は、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができない。

更に、第 1充電時定数で充電する時間（T 3 0 ) と第 2充電時定数で充電を開始したときから次の圧 ¾/電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 0 ) の比率が 0 . 1以下の時は、時定数の大きな第 1 の充電の割合が少なく、吸引量全体に対する第 1の充電時の液の吸引量が減少し、第 2充電時の吸引時に吸引が追いつかなくなり、液体吐出用ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入して噴霧不良となることがある。また、上記比率が 20以上の時は、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができなくなる。図面の簡単な説明

図 1は、液滴噴霧装置の液滴吐出ュニッ卜の中央縦断面における説明図である図 2は、圧電ノ電歪素子の駆動回路の電圧波形と制御信号を時間経過で示したグラフである。

図 3は、圧電ノ電歪素子の駆動回路図である。

図 4は、第 1の放電から第 2の放電時定数による放電に移行する電圧を変化させて液滴噴霧装置の安定性を調べた図であり、（a ) は測定データ、（b) は印加電圧信号の説明図である。

図 5は液滴吐出ユニットの他の形態を示し、（a ) は中央縦断面における説明図であり、（b) はこの A— A矢視断面図である。

1 · ·加圧室、 2 ■ ·液滴吐出用ノズル、 5 · ·液体供給路、 7 . ·液滴吐出ユニット、 9 · ·圧電電歪素子、 1 0 · ·導入孔、 1 1 · ·上部電極、 1 2 - -下部電極、 1 3 · .圧電 /電歪層、 1 4 · · +電極、 1 5 · · —電極、 1 6 . -圧電電歪層、 1 7 · '固定部材、 M 1 1 · '充電スィツチ、 M 1 2 · ·第 1 放電スィツチ、 M 1 3 ■ ■第 2放電スィツチ、 R 1 1. R 1 2, R 1 3 · ·時定数設定用抵抗。発明を実施するための最良の形態

本発明に係る液滴噴霧装置の実施の形態を図面を基に説明する。図 1は、液滴噴霧装置の 1例を示し、液滴吐出ュニットの中央における縱断面の説明図である。液滴噴霧装置は、液体を吐出させるための加圧手段と、吐出する液体を加圧するための加圧室 1 と、加圧室 1の下方に連結されて液滴噴霧装置の処理部に液体を吐出する液体吐出用ノズル 2と、加圧室 1に液体を供給する導入孔 1 0とを備えた液滴吐出ュニット 7を 1単位として、使用の態様に応じて数個から数百単位までの複数個を備えている。液滴吐出ュニット 7は、隣接する複数の加圧室 1 , 1 · . 同士が、導入孔 1 0 を介して共通の液体供給路 5により連結され、加圧室 1の上方壁部の一部に加圧手段として圧電ノ電歪素子 9を備えている。圧電電歪素子 9は上部電極 1 1、圧電ノ電歪層 1 3及び下部電極 1 2を積層して成り、所定の電圧信号を印加することにより、上部電極 1 1 と下部電極 1 2との間に生じた電界により圧電鼇歪層 1 3が変形し、固着された加圧室 1の壁部を変形させて加圧室 1に生じる加圧力により、加圧室 1 に供給された液体をノズル 2から噴出する。

そして、導入孔 1 0とノズル孔 2の径の比率（導入孔径 Zノズル孔径）を 0 . 6〜 1 . 6の間、例えば 1 . 0とし、且つノズル孔径とノズルの厚みの比率（ノズル孔径ノノズル厚み）を 0 . 2 ~ 4の間、例えば 2としている。導入孔 1 0とノズル孔 2の径の比率を上記範囲とすることで、吐出力と吸引力のバランスがとれ、吐出力不足になったり、吸入力不足になることがない。尚、 1 . 6を越えると吸引に対しては良好に作用するが、吐出時の圧力が、導入孔側に逃げる割合が大きくなり吐出力不足になる。また 0 . 6より小さくなると、吐出量に対する供給量不足を招いてしまう。更に、ノズル径ノノズル厚みを 0 . 2から 4とすることで、 4以下であると吐出孔壁面での流体との接触抵抗により吐出直後の液面の残留振動を速やかに収束でき、更には放電時の加圧室内圧力変動による加圧室内への気泡の侵入を防ぎ、噴霧安定性を向上でき、結果として短い周期で吐出でき、噴霧量を増やすことができるし、 0 . 2以上であると、吐出孔壁面での流体との接触抵抗が大きく吐出力不足による吐出不良の発生を防ぐことができる。また、上記実施の形態においてノズル径は 2 5 w m〜 1 0 0 mである。図 2 ( a ) は、圧電ノ電歪素子充電時に液滴を噴霧する場合の圧電 /電歪素子 9への印加電圧信号を時間経過で示したグラフである。時間 T 1 は、電流を圧電体に供給し充電することで圧電 Z電歪素子 9が加圧室 1 を加圧しノズル 2から液体を吐出する立ち上がり時間であり、時間 T 2は、液体を吐出し終えた状態を一定時間維持するために最終電圧を保持する保持時間である。時間 T 3、 Τ 4は、放電時定数が異なる放電を順次行つた立ち下がり時間であり、最初の第 1放電時定数は、次の第 2放電時定数よりも大きいので、吐出後に導入孔 1 0から供給速度をゆつくりにして液体を吸引することにより、複数の導入孔から均等に且つ液体加圧室 1に気泡をノズル側から巻き込むことなく流し込むことができる。そして、動き出した液体に対しては、第 2の小さい放電時定数で早く吸引することができるので、液体供給をスムーズに、且つ最初の時定数で最後まで吸引する場合と比較して駆動周期時間 Τ 5が短時間で行うことが可能となり、もって単位時間あたりの安定して大量の液体吐出を可能としている。図 4は圧電 Ζ電歪素子の駆動電圧を 4 0 V—定、また T 1 - 2 0 S、 T 2 = 5〃 S、 T 3 = 2 0 S、 T 4 = 1 u Sで一定として、第 1の放電時定数による放電から第 2の放電時定数による放電に移行する電圧を変化させて、液滴噴霧装置の吐出動作の安定性を調べた結果を示す図であり、（a ) は測定データ、（ b ) は印加電圧信号の時間铎過説明図を示している。

図示するように、第 2の放電時定数による放電への移行電圧が充電最終電圧の 3 8 %から 6 3 %の間では良好に吐出動作するが、 2 5 %及び 7 5 %では良好な動作を示さない。このように、第 2の放電を開始する電圧には範囲があり、印加電圧即ち充電最終電圧の 3 5 %〜 7 0 %の電圧で第 2の放電を開始すると好ましく、上記導入孔とノズル孔の比率と、ノズル孔とノズル厚みの比率と、第 2の放電開始電圧の 3つが同時に満たされることで、液体吐出用ノズル 2からの気泡の卷き込みによる噴霧不良を防ぎ、大量の噴霧を確保することができる。尚、第 2の放電開始電圧の 3 5 %以下の時は、放電時定数が大きな放電、即ち緩やかな吸引が吸引全体の工程のうち大半を占めることになり、吸引自体は確実に行われることになるが、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができなく、また単位時間あたりの吸引 W 00

1 1 量を多く取るように第 1放電時定数を第 2放電時定数より大きい範囲で、比較的吸引時間を小さく取ると、吸引開始が不安定になり吐出量不良を招く。また、 7 0 %以上の時は、放電時定数が大きな放電、即ち緩やかな吸引の割合が小さすぎて液の吸引開始を速やかに行うことができず、吐出後の液体加圧室への液体導入孔からの液体の吸引量が減少し、液体吐出用ノズル内の気泡の巻き込みが発生して噴霧不安定となる。そして、第 2の放電時定数で放電する時間 T 4は、液体吐出用ノズルと、このノズルから吐出される液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、加圧室を加圧動作させる圧電電歪素子とで構成される構造体中の流路パスに液体を供給したときの固有振動周期 Tの 4分の 1以上 2 0倍以下で且つ最初の放電時間 T 3と、第 2の放電時間 T 4の比率 T 3 ZT 4が 0. 1〜2 0 とするのが良く、この範囲とすることで、吸引スピードに対して導入孔からの液の供給をスムーズに行うことができるし、ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入することもなく良好に吐出動作させることができる。また、本実施例での固有振動周期は 5〃 s e c〜4 0 s e cである。

時間 T 4が T Z 4以下であれば、吸引スピードが速すぎるため、最初の第 1放電を良好に行っても、第 2の放電時の吸引操作で導入孔からの液の供給が間に合わず、ノズル孔から気泡が加圧室へ侵入して噴霧不良が発生してしまう。また、 2 0 Τ以上であると、単位時間あたりの吸引量が多くとれず、結果として吐出周期を短くできず、大量の吐出量確保ができない。また、比率 Τ 3 ΖΤ 4が 0 . 1以下の場合、時定数の大きな最初の放電の割合が少なく、吸引量全体に対する最初の放電時の液の吸引比率が減少し、第 2の放電の際の吸引時に吸引が追いつかなくなり、噴霧不良になりやすいし、 2 0以上とすると、第 2の放電時定数の設定による効果が無くなり、大量噴霧の点では駆動周波数を上げることによる効果の方が有効な手段となってくる。

尚、液体供給のための放電時定数は 2段階に切り替えているが、時定数を 2段階以上に、且つ徐々に大きくなるように設定することも好適である。また、液滴吐出のために圧電 /電歪素子に充電し加圧室に変形を生じさせるのに対し、圧電 Z電歪素子から放電することにより加圧室に変形を生じさせて液滴を吐出させることも可能である。図 3は、図 2 (a) の印加電圧信号を付与する駆動回路の回路図を示し、駆動回路からの制御信号の有無を図 2 (b) に示している。 CH 1は液体吐出時に〇 FF信号となる充電信号が入力され、 C H 2は最初の立ち下がり時間 T 3のの際に、 CH3は第 2の立ち下がり時間 T4の際に、 ON信号が第 1放電信号と第 2 放電信号としてそれぞれ入力されてくる。図 3の回路図では、 U 1 A、 U 1 B、 U 1 Cがシュミットトリガ I C、 R 1 , R 2、 R 3はシュミットトリガ I Cの出力電流値制限用抵抗、 C l l . R 1 0 1が P— MO S駆動波形を生成させる H i 一 p a s sフィルタ、 M l 1が P— M〇 Sから成る充電スィツチ、 M 1 2、 Ml 3がそれぞれ N— MO Sから成る第 1及び第 2放電スィツチ、 R 1 1が充電時の時定数設定用抵抗、 R 1 2, R 1 3が放電時定数設定用抵抗、 C_D が圧電体容量値、 HVが直流電源又は DC、 DCコンバータの発生させる電圧である。

そして、充電スイッチ M 1 1 と抵抗 R 1 1 とが充電回路を形成し、第 1放電スイッチ M 1 2と抵抗 R 1 2とが第 1の放電回路、第 2放電スィツチ M 1 3と抵抗 R 1 3とが第 2の放電回路を形成している。これにより、図 2 (a) の時間 T 1 , T 3, T 4の時定数は、 C。 X R 1 1、 Co x R 1 2 , Co x R 1 3で得られるから、液滴噴霧装置の用途により時定数を設定変更する時には、これらの抵抗値 R l 1〜！ 1 3を変更するので、安価に所望の放電する駆動波形を設定できる

尚、上記実施の形態は、圧電ノ電歪素子充電時に液滴を吐出する形態を示したが、放電時に液滴を吐出する形態にあっては、充電回路と放電回路との回路構成を逆にして、充電スィッチを第 1充電スィッチ、第 2充電スィッチと 2つ設けることで、同様の作用を得ることができる。

また、上記実施の形態はアナログ放電回路での構成であるが、デジタル信号にて駆動波形を生成し、アナログ信号に変換することでも駆動波形は好適に設定できるし、シユミットトリガ I Cはマイクロコンピュータにより良好に制御することができる。図 5は圧電ノ電歪素子に M L P (積層ァクチユエータ）を用いて、上記実施の形態の作用とは逆に放電する際に加圧室を変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ユニットを具体化した説明図であり、（a ) は縱断面図、（b ) はその A— A矢視断面図を示している。図において、 1 7は圧電/電歪素子を固定する固定部材であり、 1 4は+電極、 1 5は—電極を示し、 1 6は圧電電歪層である。尚、上記図 1 と同一の構成部材には同一の符号を付してある。

この形態の場合、導入孔径とノズル孔径との比、またノズル孔径とノズルの厚みの比は上記実施の形態と同様とすれば良く、第 2の充電開始電圧は放電最終電圧を基準として、放電最終電圧と放電開始電圧の電圧差の 3 0〜 6 5 %とすると良い。また、第 2充電時定数で充電する時間 T 4 0は上記実施の形態と同様に上記固有振動周期 Tの 4分の 1以上 2 0倍以下で且つ最初の充電時定数による充電時間 T 3 0と、第 2の充電時間 T 4 0の比率 T 3 O Z T 4 0を 0 . 1〜 2 0とすれば良い。こうすることで、単位時間あたりの液体供給量を増加させるとともに、液体加圧室の液中に空泡を生じさせずに安定した液体の吐出を行うことができ、液滴を吐出した後、液体吐出用ノズルにおける液面振動が残留している充電開始時においては充電時定数を大きくし、ゆるやかな圧力変動にて液体を吸引し始め、その後第 2充電時定数で速やかに充電することで、ノズルから気泡を巻き込むこともなく圧電電歪素子に所定の電圧信号を印加する時間間隔を短くでき、液体供給量を増加させることができるので好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電 z電歪素子とを備えた微少液滴吐出ュニッ卜を複数個備え、隣接する複数の液滴吐出ュニットの液体導入孔が共通の液体供給路に連結された液滴噴霧装匱において、前記圧電 /電歪素子に所定の電圧信号を繰り返し印加することにより、前記加圧室の壁部を変形させ、もって加圧室に生じさせる圧力により該加圧室に供給される液体を前記ノズルから噴出する液滴噴霧装匱駆動方法であって、

前記導入孔径と前記ノズル孔径の比率（導入孔径ノズル孔径）が 0 . 6以上 1 - 6以下で、且つノズル孔径とノズル厚みの比率（ノズル孔径ノノズル厚）が 0 . 2以上 4以下であり、前記印加する電圧信号が、充電開始電圧から電流を前記圧電 Z電歪素子に供給して充電した後、一定時間充電最終電圧を保持して、その後 2種類以上の放電時定数を持った放電を順次行い、且つ始めの第 1放電時定数が、次の第 2放電時定数よりも大きく、前記充電開始電圧を基準として、前記充電開始電圧と前記充電開始最終電圧の電圧差の 3 5 %以上 7 0 %以下の電 Eで第 2の放電を開始することを特徴とする液滴噴霧装匱駆動方法。

2 . 請求項 1 において、圧電 Z電歪素子が第 2の放電時定数で放電を開始した時から次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 ) f 液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電電歪素子とで構成される構造体中の流路パスに液体を供給した時の固有振動周期（T ) の 4分の 1以上 2 0 倍以下で、且つ 1番目の放電時定数で放電する時間（T 3 ) と第 2の放電時定数で放電を開始した時から次の圧電/電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 ) の比率（T 3 ZT 4 ) が 0 . 1以上 2 0以下であることを特徴とする液滴噴霧装 fi駆動方法。

3. 液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電電歪素子とを備えた微少液滴吐出ュニットを複数個備え、隣接する複数の液滴吐出ユニットの液体導入孔が共通の液体供給路に連結された液滴噴霧装置において、所定の電圧信号を印加した前記圧電 Z電歪素子に繰り返し異なる電圧信号を印加することにより、前記加圧室の壁部を変形させ、もって加圧室に生じさせられる圧力により該加圧室に供給される液体を前記ノズルから噴出する液滴噴霧装置駆動方法であって、

前記導入孔径と前記ノズル孔径の比率（導入孔径 /ノズル孔径）が 0 . 6以上 1 . 6以下で、且つノズル孔径とノズル厚みの比率（ノズル孔径ノノズル厚）が 0 . 2以上 4以下であり、前記異なる印加電圧信号が、放電開始電圧が印加された前記圧電ノ電歪素子から電流を放電した後、一定時間放電最終電圧を保持し、その後 2種類以上の充電時定数を持った充電を順次行い、且つ、始めの第 1充¾時定数が、次の第 2充電時定数よりも大きく、且つ前記放電最終電圧を基準として、前記放電最終電圧と前記放電開始電圧の電圧差の 3 0 %以上 6 5 %以下の電圧で第 2の充電を開始することを特徴とする液滴噴霧装匱駆動方法。

4. 請求項 3において、圧電ノ電歪素子が第 2充電時定数で充電を開始した時から次の所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 0 ) が、液体吐出用ノズルと、該ノズルから吐出させる液体を加圧するための加圧室と、該加圧室に液体を供給する導入孔と、該加圧室を加圧動作させる圧電 /電歪素子とで構成される構造体中の流路パスに液体を供給した時の固有振動周期（T ) の 4分の 1以上 2 0 倍以下で、且つ 1番めの充電時定数で充電する時間（T 3 0 ) と第 2充電時定数で充電を開始した時から次の圧電 Z電歪素子に所定の電圧信号を印加するまでの時間（T 4 0 ) の比率（T 3 0 ZT 4 0 ) が 0 . 1以上 2 0以下であることを特徴とする液滴噴霧装置駆動方法。